淺議“工業(yè)4.0”背景下機(jī)電一體化的發(fā)展

張嘎熟

フ?要：在工業(yè)4.0的背景下，我國工業(yè)發(fā)展面臨著重大的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，而工業(yè)4.0對機(jī)電一體化的發(fā)展有著重要的作用。本文從機(jī)械技術(shù)、信息技術(shù)等方面出發(fā)分析了工業(yè)4.0對機(jī)電一體化技術(shù)的影響。

ス丶詞：工業(yè)4.0；機(jī)電一體化；信息技術(shù)

一、工業(yè)4.0概述

スひ4.0是德國政府2013年在漢諾威工業(yè)博覽會上正式提出的一個(gè)高科技戰(zhàn)略計(jì)劃，以物聯(lián)網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)體系為基礎(chǔ)，推動工業(yè)智能化，旨在創(chuàng)建適應(yīng)能力強(qiáng)、資源效率高和智能化程度高的智慧工廠，并且在制造流程對商業(yè)客戶和合作伙伴進(jìn)行整合。

サ苯袢嗣僑銜“工業(yè)4.0”是以智能制造為主導(dǎo)的第四次工業(yè)革命，或革命性的生產(chǎn)方法，利用信息化技術(shù)促進(jìn)產(chǎn)業(yè)變革的時(shí)代，也就是智能化時(shí)代。“工業(yè)4.0”項(xiàng)目主要涉及三大領(lǐng)域：“智能工廠”、“智能生產(chǎn)”和“智能物流”。

二、機(jī)電一體化概述

ァ盎電一體化”概念最早是由日本學(xué)者提出的，全稱為機(jī)械電子工程學(xué)，它是將機(jī)械技術(shù)、電工電子技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、傳感器技術(shù)、接口技術(shù)、信號變換技術(shù)等多種技術(shù)進(jìn)行有機(jī)地結(jié)合，并廣泛應(yīng)用到各個(gè)技術(shù)領(lǐng)域之中，而現(xiàn)代化自動生產(chǎn)設(shè)備幾乎都是機(jī)電一體化的設(shè)備，可以說機(jī)電一體化技術(shù)對各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展起著重要作用。

三、“工業(yè)4.0”對機(jī)電一體化發(fā)展的影響

（一）對機(jī)械技術(shù)發(fā)展的影響

ゴ踴械技術(shù)發(fā)展的歷程來看，機(jī)械技術(shù)的改善是從質(zhì)量、性能和精度等方面進(jìn)行的?，F(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品朝著輕型化、微型化、智能化方向發(fā)展，而現(xiàn)代大多數(shù)的機(jī)械產(chǎn)品是用鋼鐵材料制造而成，為了符合技術(shù)發(fā)展的需求，一方面考慮對機(jī)械進(jìn)行改進(jìn)，另一方面考慮采用新型材料，以達(dá)到減輕機(jī)械本體的重量、提高機(jī)械產(chǎn)品的性能，進(jìn)而使得機(jī)械生產(chǎn)低消耗、高效率。

スひ4.0對機(jī)械技術(shù)的發(fā)展有著重要的作用，我們以數(shù)控機(jī)床技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)為例進(jìn)行說明。數(shù)控機(jī)床技術(shù)是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，用于加工復(fù)雜、精密的零件。數(shù)控機(jī)床技術(shù)對我國制造業(yè)有著重要的作用，而工業(yè)4.0對于開發(fā)精度高、性能強(qiáng)的數(shù)控機(jī)床和集成制造系統(tǒng)有很大幫助。工業(yè)40項(xiàng)目的實(shí)施對數(shù)控機(jī)床的研發(fā)主要體現(xiàn)在電機(jī)、光柵、軸承等機(jī)械部件以及數(shù)控系統(tǒng)等方面，以提升數(shù)控機(jī)床的精度和穩(wěn)定性。

セ器人技術(shù)在近年來取得了迅速發(fā)展，已經(jīng)廣泛應(yīng)用到醫(yī)療、工業(yè)、航空、軍事等領(lǐng)域。工業(yè)4.0一方面對機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)（機(jī)器人本體）、驅(qū)動裝置（步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)）、檢測裝置（傳感器、控制器）、控制系統(tǒng)等相關(guān)零部件的制造以及系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)等技術(shù)的突破有至關(guān)重要的作用；另一方面工業(yè)4.0對基于機(jī)器人在家庭、教育、軍事、醫(yī)療衛(wèi)生、工業(yè)制造等領(lǐng)域的需求，從而推動機(jī)器人向家務(wù)型、操作型、程控型、數(shù)控型、搜救型、平臺型、示教再現(xiàn)性、感覺控制型、適應(yīng)控制型、學(xué)習(xí)控制型等方面研發(fā)新產(chǎn)品，使得機(jī)器人技術(shù)向標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化等方向發(fā)展，讓機(jī)器人的應(yīng)用更加廣泛。

（二）對信息技術(shù)發(fā)展的影響

セ電一體化的發(fā)展離不開信息技術(shù)的應(yīng)用。機(jī)電一體化的發(fā)展，需要進(jìn)一步提高信息處理設(shè)備的可靠性和處理速度，并解決抗干擾及標(biāo)準(zhǔn)化問題。工業(yè)4.0對集成電路、信息通信、操作系統(tǒng)及工業(yè)軟件等信息技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生重要的影響。

スひ4.0對我國集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展極其關(guān)鍵。由于我國集成電路產(chǎn)業(yè)在設(shè)計(jì)、制造、封裝測試以及產(chǎn)業(yè)鏈上下游不協(xié)同，芯片、軟件、系統(tǒng)、應(yīng)用等各環(huán)節(jié)銜接不緊密，我國集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展必須集成電路產(chǎn)業(yè)鏈上下游虛擬一體化模式探索，工業(yè)4.0對強(qiáng)化集成電路產(chǎn)業(yè)鏈上下游的合作與協(xié)同，改善集成電路發(fā)展的生態(tài)環(huán)境，加強(qiáng)集成電路產(chǎn)品設(shè)計(jì)與軟件、系統(tǒng)及服務(wù)的有機(jī)連接，增強(qiáng)集成電路大產(chǎn)業(yè)鏈的整體競爭優(yōu)勢有著重要的作用。

バ畔⑼ㄐ派璞甘腔電一體化應(yīng)用十分重要的領(lǐng)域，工業(yè)40對數(shù)據(jù)的計(jì)算、連接、存儲、加密等技術(shù)的發(fā)展有著重要的作用。我們以第五代移動通信（5G）技術(shù)為例，5G技術(shù)的發(fā)展，是以超高速大容量智能光傳輸技術(shù)以及巨型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)為基礎(chǔ)，需要對各個(gè)硬件設(shè)備進(jìn)行升級。工業(yè)4.0有利于對服務(wù)器、路由交換機(jī)、智能終端、基站等設(shè)備的研發(fā)，推動核心通信設(shè)備體系化發(fā)展以及規(guī)模化應(yīng)用。

ニ孀嘔電一體化的發(fā)展，操作系統(tǒng)及工業(yè)軟件已經(jīng)成為發(fā)展機(jī)電一體化產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵要素，工業(yè)4.0對開發(fā)基礎(chǔ)軟件，產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工業(yè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)處理等起著非常重要的作用。同時(shí)，工業(yè)4.0有利于完善工業(yè)軟件集成標(biāo)準(zhǔn)和安全測評體系，推進(jìn)工業(yè)軟件體系化發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，大大提高設(shè)計(jì)效率，節(jié)約成本，實(shí)現(xiàn)可視化管理。工業(yè)4.0促使操作系統(tǒng)和工業(yè)軟件成為企業(yè)調(diào)整經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長方式的主要因素。

ネ時(shí)，工業(yè)4.0推動綠色能源的發(fā)展。工業(yè)4.0推進(jìn)新能源和可再生能源裝備、儲能裝置、用戶終端設(shè)備以及電子器件、高溫超導(dǎo)材料等重要元器件和關(guān)鍵材料的生產(chǎn)，進(jìn)一步提高綠色能源生產(chǎn)水平，形成產(chǎn)業(yè)化結(jié)構(gòu)。

スひ4.0還對接口技術(shù)、軟件技術(shù)等發(fā)展有著重要作用，同時(shí)工業(yè)4.0推動機(jī)電一體化技術(shù)向智能化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化和微型化與綠色化方向發(fā)展。

ハ紙錐撾夜從勞動密集型生產(chǎn)模式向高效的高科技生產(chǎn)模式實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)代化中國工業(yè)轉(zhuǎn)型，而“工業(yè)4.0”在我國轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長模式的過程中扮演著重要角色。2014年10月10日，我國同德國政府共同簽署《中德合作行動綱要：共塑創(chuàng)新》，該文件明確提出工業(yè)生產(chǎn)的數(shù)字化對于未來中德經(jīng)濟(jì)發(fā)展和更好地滿足人類的生產(chǎn)生活實(shí)際具有重大意義，標(biāo)志著工業(yè)4.0進(jìn)入到中德合作的新模式?！肮I(yè)4.0”背景下，機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展，需要實(shí)踐應(yīng)用與理論創(chuàng)新的共同跟進(jìn)，伴隨其發(fā)展趨勢而不斷發(fā)展。